بررسی بیودیزل به عنوان سوخت خودرو
این مقاله مروری بر استفاده از سوخت بیودیزل در موتورهای احتراق تراکمی است. این تحقیق برپایه ی گزارش های حدود ۵۰ محقق به انضمام چند سازنده و نمایندگی می باشد که نتایج تحقیقات خود را بین سال های ۱۹۰۰ تا ۲۰۰۵ منتشر کرده اند. محققین و پژوهشگرها آزمایش را با به کار بردن انواع مختلف روغن خام و تصفیه شده انجام دادند. این آزمایشات با بیودیزل خام به عنوان سوخت، نتایج رضایتبخشی را نشان نداد. این سوخت باعث ذغال کک سازی انژکتور و چسبیدن رینگ پیستون شد.
بعضی از محققین سوخت را با اتانول یا متانول در حضور هیدروکسید پتاسیم یا هیدروکسید سدیم مخلوط کردند و سپس آن را تصفیه کردند و شستشو دادند. این مرحله تبادل استری نامگذاری شد و برای زدودن صمغ، موم و پاک کردن تری گلیسیرید از روغن گیاهان استفاده می شود. تبادل استری، گرانروی،چگالی و نقطه ی اشتعال سوخت را کاهش می دهد. نتایج به دست آمده با چنین روغن هایی در موتورهای احتراق تراکمی به عنوان سوخت، فقط برای دوره ای کوتاه مدت رضایتبخش بودند.
اکثریت زیادی از محققین روغن بیودیزل استری شده را با دیزل و با نسبت های مختلف مخلوط کردند. مخلوط روغن بالای ۲۰% وقتی در درازمدت آزمایش شد، موجب اشکال در نگهداری و در بعضی مواقع آسیب زدن به موتور شد. بعضی مولفین موفقیت در به کار بردن روغن گیاهان را به عنوان توسعه دهنده ی سوخت های دیزل در ترکیبات بالای ۲۰%، حتی در تحقیق های طولانی مدت، گزارش دادند. نتیجه ی عمده ای که از پژوهش ها به دست آمد این بودکه ذغال کک ساختن، مشکل جدی و بالقوه ی استفاده از بیودیزل گیاهیِ اصلاح نشده است. اگرچه، روغن گیاهی تصفیه شده، به طور شیمیایی فرآوری شده و صمغ زدایی شده، می تواند مخلوط با دیزل برای به کار انداختن موتورهای احتراق تراکمی برای دوره ی طولانی تری استفاده شود.
کاهش ناچیز توان ترمزی و افزایش ناچیز مصرف سوخت گزارش شد. اگرچه، خواص روان کنندگی بیودیزل بهتر از دیزل است که می تواند به افزایش عمر موتور کمک کند. اضافه بر این، سوخت بیودیزل سازگار با محیط زیست است، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن خیلی کمتری تولید می کند و مطلقا تولید اکسید گوگرد و افزایش دی اکسید کربن در سطح جهانی را به دنبال ندارد.
● مقدمه
نفت خام هدیه ی خدادادی است. نقش حیاتی در توسعه ی صنعت، حمل و نقل، بخش کشاورزی و برآوردن نیازهای اساسی بشریت دارد. بهرحال، تقاضای انرژی دنیا به سبب استفاده ی افراطی از سوخت، به سرعت رو به افزایش است، اما به علت ذخایر محدود، محققین به دنبال سوخت های جایگزین می گردند. دیگر مشکل جدی استفاده از سوخت نفت خام، افزایش انتشار آلوده کننده ها است. برای مثال، روزانه چندین تُن سوخت دیزل در لاهور سوخته می شود که افزایش دی اکسید کربن، هیدروکسید کربن، اکسید نیتروژن، اکسید گوگرد وچندین گاز نامطبوع دیگر را به همراه دارد. این گازهای آلوده کننده تاثیر بدی بر روی سیستم تنفسی و سیستم عصبی افراد دارد و تولید بسیاری از بیماری های پوستی می کند. این گازها همچنین به سلامتی حیوانات زیان می رسانند و بر روی گیاهان و درختان نیز تاثیر می گذارند. باران اسیدی نیز به سبب انتشار این گازهای آلوده کننده به وجود می آید. بنابراین نیاز به یافتن سوخت های جایگزین غیر قابل اجتناب خواهد بود.
بیودیزل می تواند یکی از بهترین گزینه ها باشد. از روغن های گونه های مختلف محصولات دانه روغنی مثل آفتابگردان، خرما، پنبه دانه، دانه ی کلزا، سویا و بادام زمینی به دست می آید.
استفاده از بیودیزل تقریبا به اندازه ی قدمت خود موتورهای دیزل است. رودولف دیزل موتور خود را در سال ۱۸۹۲ ثبت کرد و اولین موتور دیزل را که از قبل تعیین شده بود توسط روغن گیاهی به کار بیفتد معرفی کرد. در ۱۹۰۰ موتور با روغن بادام زمینی را برای چند ساعت به طور موفقیت آمیز به کار انداخت. وی پیش بینی کرد که در آینده روغن گیاهی، سوختی شبیه روغن دیزل خواهد بود.
موتورهای با سوخت دوگانه سوز برای زمانی طولانی مورد استفاده قرار گرفتند. در ۱۹۴۰، مخازن عظیمی از نفت خام کشف شدند که استخراج و پالایش آنها آسان و ارزان بود. در ۱۹۷۰، انحصار فروش بعضی ملت ها و شرایط سیاسی، موقعیت جدیدی را به وجود آورد که مهندسین ومحققین را وادار به داشتن سوختی جایگزین و سازگار با محیط کرد. از آن به بعد، علاقه ای برای استفاده از روغن گیاهی در موتور های دیزل به دلایل مختلف که شامل ملاحظات سیاسی، نگرانی های محیطی و جنبه های اقتصادی می شدند، مجددا به وجود آمد.
دانه ی روغنی برای کاهش گرانروی و بهتر شدن خواص اشتعال و سیلان، تصفیه و پاکسازی می شود. سپس می تواند یا به عنوان روغن گیاهی خالص(B۱۰۰) و یا با ترکیب شدن با دیزل در نسبت های مختلف به کار برده شود. نتایج به دست آمده از به کار بردن ترکیبی از دیزل و روغن گیاهی نشان داد که نسبت۸۰ به۲۰(B۲۰) بهترین نسبت بوده است. بیودیزل چندین مزیت نسبت به دیزل دارد. تجدید شدنی، غیر سمی و تجزیه پذیر توسط باکتری ها و دیگر میکرو ارگانیسم ها است. نظر به اینکه سوخت بیودیزل(روغن گیاهی فرآوری شده با اتانول و متانول)، سوختی تجدید شدنی است، از این رو غیر سمی است و مقدار دی اکسید کربن موجود در اتمسفر را در سطح جهانی افزایش نمی دهد. مواد منتشر شده از اگزوز(خروجی) مطلقا اکسید گوگرد ندارند و به طور قابل ملاحظه ای اکسید نیتروژن کمتری تولید می شود.
محققین روغن های گیاهی فرآوری شده و خام مختلفی مثل روغن آفتابگردان، روغن پنبه، روغن کلزا، روغن سویا و روغن خرما را آزمایش کردند. در این مقاله، نتایج بعضی از این تحقیقات با هم مقایسه و به طور مختصر بیان شده اند.
● آفتابگردان
گرانروی روغن آفتابگردان خام بسیار زیاد و در حدود ۱۵ برابر روغن دیزل است. هر چند وقتی تبادل استری روی آن صورت گرفت بسیار نزدیک به دیزل می شود. گرانروی متیل استرِ فرآوری شده با استفاده از متانول ۲/۳ است، در حالی که برای دیزل ۸/۲ است. چگالی متیل استر فقط ۵/۴% بیشتر از دیزل است. این خواص وقتی از روغن آفتابگردان به صورت ۲۰)B ترکیبی از ۲۰% روغن گیاهی و ۸۰% دیزل) استفاده می شود، تقریبا یکسان می شوند.
▪ استفاده از آفتابگردان خام
برووِر و دیگران، در زمینه ی استفاده از روغن دانه ی آفتابگردان به عنوان منبع تجدید شدنیِ انرژی مطالعاتی انجام دادند. وی تراکتوری را با روغن دانه ی آفتابگردانِ ۱۰۰% به جای سوخت دیزل، به کار انداخت وگزارش کرد که بعد از ۱۰۰۰ ساعت کار عملیاتی، ۸% اتلاف توان رخ داده است. اتلاف توان با تعویض کردن انژکتورها ی سوخت و پمپ انژکتور اصلاح شد. بعد از ۱۳۰۰ ساعت کار عملیاتی، رسوب های کربن در موتور به اندازه ی موتوری که با سوختِ دیزل ۱۰۰% پر شده است گزارش شدند، به استثنای نوک انژکتورها که در معرض کربن فراوانی قرار گرفته بودند.
والت و هوگو (۱۹۸۱) تاثیر طولانی مدت اسنفاده از روغن آفتابگردان به عنوان جایگزین سوخت دیزل را در موتورهای دیزل با پاشش مستقیم و غیر مستقیم مورد آزمایش قرار دادند. موتورهای دیزل با پاشش غیر مستقیم برای بیش از ۲۰۰۰ ساعت، با روغن آفتابگردانِ صمغ زدایی شده و تصفیه شده بدون هیچ اثر مضری راه اندازی شدند. موتورهای دیزل با پاشش مستقیم حتی قادر نبودند ۴۰۰ ساعت عملیات را بدون اتلاف توان با مخلوط ۲۰% روغن آفتابگردان و ۸۰% سوخت دیزل به انجام برسانند. تجزیه و تحلیل بیشتر موتورهای با پاشش مستقیم نشان داد که اتلاف توان به سبب ذغال کک سازی شدید انژکتورها، به وجود آمدن کربن در محفطه ی احتراق و چسبیدن رینگ ها ی پیستون بوده است. همچنین تجزیه و تحلیل روغنکاری، فرسایش زیاد پیستون، بوش و یاتاقان را نشان داد.
تاهیر ودیگران، روغن آفتابگردان را به عنوان جایگزینی برای سوخت دیزل در تراکتورهای کشاورزی آزمایش کردند.کارآییِ موتور با استفاده از روغن آفتابگردان شبیه به سوخت دیزل دیده شد اما به سبب ارزش گرمایی نسبتا کمترِ روغن آفتابگردان نسبت به دیزل، سوخت بیشتری مصرف شد و موتور به مقدار ناچیزی توان کمتری تولید کرد.
بتیس و دیگران، روغن های آفتابگردان، گلرنگ و کلزا را مورد تفسیر قرار دادند. وی گزارش کرد که روغن های گیاهی، حاوی ۹۴-۹۵% محتوای انرزیِ سوخت دیزل می باشند و تقریبا ۱۵ برابر گرانروتر می باشند. آزمایش های کوتاه مدت موتور نشان داد که برای روغن های گیاهی توان خروجی تقریبا مشابه سوخت دیزل بود، اما آزمایش های دراز مدت چند مشکل را به سبب کربن سازی محفظه ی احتراق نشان دادند.
پژوهش های دیگری در شرکت برداشت بین المللی بااستفاده از سه ترکیب مختلف روغن آفتابگردان و سوخت دیزل انجام شد. نتایج نشان داد که روغن آفتابگردان خرابی زود هنگام موتور را به سبب تجمع تدریجی کربن موجب می شود. در ضمن ذکر شده بود که عملیات در هوای سرد موجبِ بد عمل کردن سیستم سوخت رسانی شده است.
فولز مشاهدات مشابهی را برای موتورهای با پاشش مستقیم و غیر مستقیم با استفاده از B۲۰ گزارش کرد. فولز بر این عقیده بود که ذغال کک سازی انژکتور، مشکل استفاده از روغن آفتابگردان در موتورهای دیزل با پاشش مستقیم است.
جرمن و دیگران، آزمایشی را در مزرعه با استفاده از شش تراکتور جان دیر و کِیس با میانگین ۱۳۰۰ ساعت عملیات انجام دادند. رسوب های کربن در اجزاء داخلی موتور برای موتور هایی که با سوخت ۵۰% روغن آفتابگردان و ۵۰% سوخت دیزل پر شده بودند بیشتر از موتور هایی بود که با ترکیب ۲۵% روغن آفتابگردان و ۷۵% سوخت دیزل پر شده بودند. تمام موتورهای تحت آزمایش تجمع کربن بیشتری نسبت به موتورهایی که با سوخت دیزل پر می شوند ، داشتند.
▪ استفاده از آفتابگردان فرآوری شده
در ۱۹۸۳ ِانگلِرر و دیگران، عملکرد موتور را با استفاده از آفتابگردان و پنبه دانه در ترکیب با دیزل مورد آزمایش قرار دادند. آنها گزارش کردند که کارآیی موتور با استفاده از این روغن ها به جای دیزل بسیار ضعیف بوده است. اگرچه عملکرد، وقتی از روغن های تصفیه شده و صمغ زدایی شده استفاده شود، به مقدار ناچیزی بهتر است. مشکلات ذکر شده ی رسوب کربن و آلودگی روغن موتور، نشان داد که این روغن ها فقط برای استفاده ی کوتاه مدت قابل قبول هستند.
یاربروو و دیگران، آزمایش هایی را با استفاده از روغن های آفتابگردان به عنوان جایگزین سوخت دیزل انجام دادند. آنها نتایج خود را بدین صورت منتشر ساختند که روغن های خام آفتابگردان سوخت های نامناسبی دیده شدند، در حالی که روغن فرآوری شده ی آفتابگردان سوختی رضایتبخش است. فرآوری روغن های آفتابگردان نیاز به صمغ زدایی و موم زدایی برای جلوگیری از خرابی موتور دارد، حتی اگر روغن های گیاهی با سوخت دیزل ترکیب شوند.
صنایع بیوفول (سوخت به دست آمده از مواد زنده) در گزارش های خود، روغن آفتابگردان را &#۰۳۹; بیودیزل آفتابگردان&#۰۳۹; ، به عنوان سوختی جایگزین و سازگار با محیط نامیدند که به طرز معنی داری انتشار گازهایِ خروجی مضر را کاهش می دهد. کاهش۶ /۱۲% دی اکسید کربن، ۱۱% هیدروکسید کربن، ۱۸% ذرات و ۱۵% هوای سمی به وجود آمد. (صنایع بیوفول)
● روغن پنبه دانه
روغن پنبه دانه به فراوانی در پاکستان تولید می شود. خواص متیل استر به خصوص هنگامی که به شکل B۲۰ به کار برده می شوند، خیلی بیشتر شبیه به دیزل هستند. گرانروی روغن پنبه دانه ۲/۳ و چگالی آن ۹/۰ است. این خواص قابل مقایسه با خواص دیزل هستند. چون عدد یدی روغن نسبت به دیزل بالاتر است، بنابراین پایداری نسبتا کمتری دارد و بیشتر مستعد اکسیداسیون است.
استفاده از پنبه دانه ی خام
گئورینگ و دیگران، خصوصیان ۱۱ روغن گیاهی را مورد بررسی قرار دادند تا تعیین کنند که کدام یک از روغن ها می تواند به عنوان منبع جایگزین سوخت مورد استفاده قرار گیرد. وی گزارش کرد که روغن های ذرت، کلزا، کنجد، پنبه و سویا، بیشترین خواص مطلوب سوخت را دارند.
شرکت بین المللی برداشت کننده ، گزارش کرد که ترکیب روغن پنبه دانه و سوخت دیزل در آزمایش های عملکرد کوتاه مدت و نشر گازهای خروجی، رفتاری مشابه سوخت با پایه ی نفتی داشته است. وقتی معیارهای قضاوت، توان، مصرف سوخت، نشر گازهای خروجی و غیره بودند، سوخت های آزمایشی خوب عمل کردند. اگرچه، دوام موتور در مدت استفاده ی افراطی از این ترکیب سوخت ها، بواسطه ی رسوب کربن و مشکلات سیستم سوخت رسانی مسئله ی مهمی بود.
▪ استفاده از پنبه دانه ی فرآوری شده
آزمایشگاه بین المللی برداشت علم و تکنولوژی ، آزمایش هایی را با استفاده از ترکیبات روغن پنبه دانه ی فرآوری شده و دیزل انجام داد. روغن پنبه دانه با استفاده از عملیاتی کم خرج و تجاری به منظور زدودن مواد صمغی و کاهش گرانروی، تصفیه شد و تقریبا در رده ی مواد غذایی قرار گرفت. روغن پنبه دانه با دیزل در ترکیب های ۳۰%، ۵۰%، ۶۵% و ۸۰% روغن پنبه دانه مخلوط شد. آزمایش ها ۴ بار، هر بار ۱۵ ساعت انجام شدند. نتایج به دست آمده با ترکیب ۵۰% از همه رضایت بخش تر بود. بنابراین، ۲۰۰ ساعت آزمایش پایداری با ترکیبات سوخت انجام شد. آزمایش پایداری، خط افتادن روی دو تا از سیلندر ها، به طور مشابه خراش های عمیق روی پیستون و پارگی سطح پیستون را نشان داد. در تمام موتورها، رینگ ها ی بالایی پر از رسوب های کربنی سنگین شدند که مانع انجام وظایف رینگ ها می شوند.
● روغن کلزا
نقطه ی اشتعال روغن کلزا ۲۲۰ C° است که بسیار بیشتر از دیزل است. این نکته، احتراق را نسبتا مشکل میکند، اما موجب حمل و نقل و جابجایی ایمن تر می شود. ارزش گرمایی در مقایسه با دیزل ۱۰-۱۵% کمتر است، اما به علت چگالی بالاتر، محتوای حجمیِ ارزش گرمایی آن تقریبا مشابه دیزل است.
▪ استفاده از روغن کلزای خام
شوئدر در آلمان، از روغن کلزا به عنوان سوخت دیزل با نسبت های مختلف استفاده کرد. آزمایش های کوتاه مدت موتورنشان داد، روغن کلزا بازده انرژی قابل مقایسه با سوخت دیزل دارد. آزمایش ها نشان داد که بعد از ۱۰۰ ساعت، اشکالاتی در کارکرد موتور به سبب رسوب در رینگ پیستون، سوپاپ ها و انژکتور ها به وجود آمد. وی نشان داد که تحقیقات بیشتری برای تدارک دیدن سوختی که مناسب کارکرد مداوم موتور باشد نیاز است و اصلاحات ضروری در موتور را پیشنهاد داد.
مطالعات در زلاندنو توسط سیمز و دیگران، نشان داد که روغن های گیاهی به خصوص روغن کلزا، می توانند به عنوان جایگزینی برای سوخت دیزل باشند. بر طبق نتایج ایشان، آزمایش های اولیه ی کوتاه مدت موتور نشان داد که ترکیب ۵۰% روغن گیاهی- سوخت هیچ تاثیر غیر مطلوبی نداشت. در حالی که در آزمایش های دراز مدت آنها با خرابی پمپ انژکتور مواجه شدند و همچنین مشکلات راه اندازی در هوای سرد دیده شد. رسوب های کربن بر روی اجزاء محفظه ی احتراق تقریبا مشابه موتورهایی دیده شد که با سوخت دیزل ۱۰۰% کار می کنند. آنها نتیجه گرفتند که روغن کلزا ظرفیت خوبی به عنوان سوخت جایگزین دارد، اما به آزمایش های بیشتر نیاز است.
وورگتر ، روغن کلزا را به عنوان سوخت جایگزین در تراکتوری با موتور ۴۳ کیلووات آزمایش کرد. آزمایش پس از حدود ۴۰۰ ساعت به سبب شرایط نامطلوب عملیاتی بی نتیجه ماند. استفاده از روغن کلزا در سوخت، رسوب شدید کربن را در نوک انژکتورها و پیستون ها نتیجه داد. به محض باز کردن موتور مشخص شد که رسوب های شدید کربن بر روی پیستون (و نه انژکتورهای سوخت) موجب اتلاف توانِ یاد شده بوده اند.
واگنر و پترسون ، از روغن کلزا همراه با سوخت دیزل برای مطالعه ی اثرات طولانی مدت استفاده از روغن های گیاهی به عنوان سوخت استفاده کردند. آنها از ترکیب ۷۰% روغن کلزا و ۳۰% سوخت دیزل به طور موفقیت آمیز برای به کار انداختن موتورِ تک سیلندرِ کوچکی به مدت ۸۵۰ ساعت استفاده کردند که نتایج بسیار خوبی را نشان داد. آنها همچنین گزارش دادند که اسفاده از روغن خالص آفتابگردان موجب چسبندگی شدید رینگ پیستون ها و خرابی فاجعه آمیز موتور می گردد. اگرچه، برای آزمایش های کارکرد کوتاه مدت، هیچ گونه شرایط عملیاتی نا مطلوبی مشاهده نشد.
▪ استفاده از کلزا ی فرآوری شده
واگنر و پترسون نتایج مختلفی هنگام استفاده از روغن کلزا به عنوان سوخت جایگزین گزارش دادند. تلاش ها برای حرارت دادن به مخلوط روغن-سوخت پیش از احتراق، بهبودی قابل اندازه گیری در پاشش سوخت نشان نداد. در اثر استفاده از روغن کلزا در طی آزمایش های کوتاه مدت موتور، خسارات جدی به موتور وارد شد. آزمایش دراز مدت با به کار بردن ترکیب ۷۰% روغن کلزا و ۳۰% سوخت دیزل، برای ۸۵۰ ساعت بدون هیچ نشانه ی آشکاری از فرسایش، آلودگی روغن موتور یا اتلاف توان موفقیت آمیز بود.
مک دونل و دیگران، استفاده از روغن کلزای نیمه تصفیه شده را همراه با سوخت دیزل مطالعه کردند. نتایج آزمایش نشان داد که روغن کلزا می بایست همراه با سوخت در نسبت های حدود ۲۵% به کار گرفته شود. به عنوان نتیجه ی استفاده از روغن کلزا به جای سوخت، عمر انژکتور به سبب تجمع کربن کوتاه شد. اگرچه، هیچ نشانه ای از خوردگی داخل موتور یا آلودگی روغن موتور گزارش نشد.
گرانروی جنبشی روغن کلزا بسیار بالاتر است که بر خواص جاری بودن و ویژگی پاشش تاثیر می گذارد. همچنین موجب ذغال کک سازیِ نازل انژکتور می شود. نکته ی مثبت اسفاده از این سوخت جایگزین اینست که مقدار گوگرد کاهش می یابد، از این رو تولید اکسید گوگرد،خاکستر و رسوبات خیلی کم می باشد.
نتایج آزمایشگاهی همچنین نشان داد که هنگامی که به صورت فرآوری نشده به کار برده می شود، مشکلاتی ایجاد خواهد کرد. اضافه بر این می بایست همواره به صورت ترکیب به کار گرفته شود.
● روغن سویا
خواص روغن سویا بسیار نزدیک به دیزل هستند. چگالی آن ۸۸۴/۰kg/l در ۲۱ °C است. عدد ستان روغن سویا ۵۰-۵۸ و ارزش گرمایی آن ۳۵ MJ/kg است و عدد ستان متیل استر ۴۶-۶۷ و ارزش گرمایی آن ۳۲ MJ/kg است، در حالی که عدد ستان دیزل ۴۸-۵۰ و ارزش گرمایی آن ۳/۳۸ MJ/kgاست. نقطه ی اشتعال استر بالاتر از دیزل است که نیازمند نسبت تراکم بیشتر و اصلاحاتی در انژکتورهای سوخت به منظور احتراق آرام سوخت می باشد.
▪ استفاده ازروغن سویای خام
انگلمَن و دیگران، از مخلوط روغن سویا و ترکیبات سوخت دیزل در موتورهای دیزل با نسبت ۱۰-۵۰% استفاده کردند. آنها موتور را برای ۵۰ ساعت آزمایش کردند و گزارش دادند که تجمع تدریجی کربن در محفظه ی احتراق بسیار کم بوده است. در ترکیب های سوخت مطالعه شده، گزارش شد که روغن ها ی گیاهی می بایست در غلظت های کم به عنوان منبع سوخت اسفاده شود. BSFC و اندازه گیری های توان برای ترکیبات سوخت فقط مقدار ناچیزی با سوخت دیزل خالص تفاوت داشت. ترکیبات شامل ۶۰% یا بیشترِ غلظت روغن های گیاهی موجب ایجاد صدا در موتور می شود. سر و صدای موتور به گرفتگی فیلتر سوخت نسبت داده می شود. آنها نتیجه گرفتند که ضایعات روغن سویا می توانست بدون هیچ گونه اصلاحاتی در موتور همراه با سوخت دیزل به کار گرفته شود.
شرکت تراکتور کاترپیلار (مک کوچِن ، ۱۹۸۱)، کارکرد موتور با پاشش مستقیم و پاشش غیر مستقیم را وقتی با ترکیب ۳۰% روغن سویا و ۷۰% سوخت دیزل پرشده بودند، با هم مقایسه کردند. نتایج نشان داد که موتورهای با پاشش غیر مستقیم با این ترکیب سوخت می توانستند به طور رضایت بخش عمل کنند. مشکلات مشاهده شده در کار کردن با سیستم های با پاشش مستقیم، ذغال کک سازی موتور و چسبیدن رینگ پیستون ها می باشد.
▪ استفاده از سویای فرآوری شده
بارسیک و هومک ، از روغن سویای خام با نسبت ۵۰-۵۰ روغن سویای خام و دیزل، و روغن سویای صمغ زدایی شده در موتورهای با پاشش مستقیم برای دوره ی کوتاه مدت ۲۵ ساعت استفاده کردند. آنها نتایج خود را بدین صورت منتشر ساختند که توان اندیکه ی موتور و انتشار گازهای خروجی برای دیزل و روغن های گیاهی، راندمان حرارتی کمتر، اکسید نیتروژن کمتر، کربن مونواکسید بیشتر، هیدرو کربن بیشتر و ذرات بیشتر را برای روغن گیاهی نتیجه داد. روغن سویای خام و صمغ زدایی شده، به ترتیب ۱% و ۶% راندمان حرارتی کمتر را در مقایسه با سوخت دیزل نتیجه دادند. ذغال کک سازی نازل ها در هر دو مورد انتشار گازهای خروجی را افزایش داد که روغن سویای خام افزایش بیشتری در انتشار کل گازهای خروجی، نسبت به روغن صمغ زدایی شده نشان داد.
براون و اِستفِنسون در دانشگاه ایالت پنسیلوانیا ، آزمایش های کوتاه مدتی را روی ترکیبات روغن صمغ زدایی شده، اتانول و دیزل با نسبت های۴۰-۲۰-۴۰ و ۴۰-۳۰- ۳۰ انجام دادند. آنها برای هر یک از این ترکیب ها موتور را برای ۲۵ ساعت آزمایش کردند. هیچ اختلالی در الگوی پاشش انژکتورها گزارش نشد.
متیل استرِ خروجی بدست آمده از روغن سویا، پاکیزه، بدون اکسید گوگرد و با اکسید نیتروژن و مونو اکسید کربنِ کمتر می باشد.
● روغن خرما
روغن خرما بارها در مالزی به شکل B۵ به عنوان سوخت دیزل استفاده شده است. عدد یدی روغن، به مقدار ناچیزی بیشتر از دیزل خالص می باشد که بر پایداری دراز مدت خواص تاثیر می گذارد. گرانروی ۵/۳-۵ و وزن مخصوص ۸۶/۰-۹/۰ است که مقداری قابل قبول می باشد. به هر حال روغن خرما وقتی به شکل ترکیب با روغن دیزل استفاده شود، به خوبی کار می کند. مثل خیلی از روغن های گیاهی دیگر، نقطه ی اشتعال آن بالاتر از دیزل است(۱۱۰ °C). عدد ستان ۵۳-۵۹ است (ضایعات روغن گیاهی).
▪ استفاده از روغن خرمای خام
ساپاون و دیگران، مطالعاتی را در مالزی با روغن خرما به عنوان جایگزین سوخت دیزل انجام دادند که نتایج دلگرم کننده ای را نشان می داد. آزمایش های عملکرد نشان دادند که بازده توان برای روغن خرما، ترکیب روغن خرما و سوخت دیزل و سوخت دیزل ۱۰۰%، تقریبا مشابه هم بوده اند. آزمایش های کوتاه مدت با استفاده از سوخت های روغن خرما، هیچ نشانه ای از فرسایش محفظه ی احتراق، افزایش رسوب کربن و آلودگی روغن موتور را نشان ندادند.
محمد اِی آواد و دیگران، آزمایش هایی را با جایگزین کردن روغن خرما به جای روغن دیزل انجام داد. آنها از یک موتور دیزل چهار سیلندر، چهار زمانه ی با پاشش مستقیم استفاده کردند. نتایج نشان داد که توان ترمزی موتور، گشتاور و مصرف سوخت ویژه ی ترمزی هنگام استفاده از ترکیب روغن خرمای خام و روغن دیزل، با وقتی که از روغن معمولی سوخت دیزل استفاده می کنیم، تحت شرایط عملیاتی مختلف قابل برابری است. تحت عملیات باری سبک، ترکیب روغن خرمای خام و دیزل، اتلاف راندمان سوخت و افزایش انتشار مونو اکسید کربن را بسته به سیستم دیزل به وجود می آورد. در محدوده ی سرعت زیاد، ترکیب های روغن خرمای خام کارآییِ برابری را با سوخت دیزل از نظر نسبت اجزاء سازنده ی گازهای خروجی و دما، به ویژه درمخلوط های ۲۵% و ۵۰% روغن خرمای خام نشان دادند.
▪ استفاده از روغن خرمای فرآوری شده
پراتیپچایکول و آپیچاتو مقایسه ای را بین روغن خرمای تصفیه شده و روغن دیزل، در یک موتور دیزل کوچک تک سیلندر، با سیستم پاشش غیر مستقیم انجام داد. آنها موتور را برای بیش از ۲۰۰۰ ساعت به کار انداختند. آنها نتیجه گرفتند که در مدت ۱۰۰۰ ساعت اول عملیات، مصرف سوخت ویژه ی موتور پر شده با روغن خرما ۱۰ تا ۱۵% بیشتر بود و مقدار دود سیاه به طرز معنی داری متفاوت نبود، اما فرسایش رینگ های تراکمی در موتوری که با روغن خرمای تصفیه شده پر شده است در مقایسه با دیزل خام به طرز معنی داری بیشتر است.
به طور کلی مثل تمام سوخت های بیودیزل دیگر، روغن خرما نیز جانشینی ممتاز برای سوخت است و آلودگی محیطی کمتری تولید می کند.
● روغن بادام زمینی
رودولف دیزل(۱۹۰۰) از روغن بادام زمینی برای به کار انداختن موتور دیزل استفاده کرد. در سال ۱۹۱۱ وی نوشت:« موتور دیزل می تواند با روغن های گیاهی پرشود و به طور قابل ملاحظه ای به توسعه ی کشاورزی کشورهایی که از آن استفاده می کنند کمک کند.»
▪ استفاده از روغن بادام زمینی خام
کمپانی جان دیر ، اثر ترکیب کردن روغن بادام زمینی و روغن آفتابگردان را با سوخت دیزل در یک موتور تک سیلندر مطالعه کرد. ترکیب های روغن گیاهی به نسبت سوخت دیزل۱۰۰%، موجب افزایش رسوبات کربن در نوک انژکتور ها شدند. آنها این گونه تفسیر کردند که ترکیب روغن گیاهی به نسبت سوخت دیزل ارزش گرمایی کمتری دارد. در استفاده از روغن گیاهی خام به عنوان سوخت دیزل، گرفتگی فیلتر سوخت مشکلی است که می بایست مورد توجه قرار گیرد.
● متفرقه/ناشناس
سِدن ، روغن های گیاهی مختلفی را در موتور دیزل دوگانه سوز با موفقیت زیاد به کار برد. وی بیان کرد که روغن های گیاهی می توانند به عنوان سوخت های جایگزین در خودروهای با موتور دیزل احتراق تراکمی تحت شرایط کاری معمولی استفاده شوند.
از سال ۱۹۰۰ به بعد، بیش از ۳۰ روغن گیاهی مختلف برای کار با موتورهای تراکمی مورد استفاده قرار گرفتند. توان موتور اولیه نشان داد که سوخت های با پایه ی روغن گیاهی، ظرفیت زیادی برای جایگزینی سوخت دارند. کارکرد بیشتر نشان داد که در اثر استفاده از روغن های گیاهی خام به عنوان سوخت، کربن سازی اجزاء حساس موتور می تواند منجر به خرابی زودرس موتور شود. ترکیب کردن روغن گیاهی با سوخت دیزل، به عنوان روشی برای کاهش ذغال کک سازی و افزایش عمر موتور شناخته شد.
باکُن و دیگران، چندین روغن گیاهی را به عنوان منابع دارای ظرفیت سوخت آزمایش کردند. وی گزارش کرد که آزمایش های اولیه ی توان موتور با استفاده از روغن گیاهی قابل قبول بوده اند، در حالی که استفاده ی بیشتر از این روغن ها موجب تجمع تدریجی کربن در محفظه ی احتراق شد. راه اندازی مداوم موتور دیزل در بخش بار و سرعت متوسط، موجب به وجود آمدن سریع کربن در نوک های انژکتور شد. آزمایش های کوتاه دو ساعته انجام شد،تا به طور عینی تاثیرات به کارگیری روغن های گیاهی مختلف به جای سوخت، با هم مقایسه شوند. توان موتور رضایت بخش و بدون نامنظمی دیده شد.
کاترپیلار گزارش کرد که روغن های گیاهی که در مقادیر کم با سوخت دیزل مخلوط می شوند، موجب خرابی موتور نمی گردند. آزمون های کوتاه مدت نشان داد که استفاده از ترکیب ۵۰-۵۰ تا حدی موفقیت آمیز بوده است، اما ترکیب های با روغن گیاهی ۲۰% نتایج بسیار خوبی را نشان داد.
رایان و دیگران، خواص اشتعال و پاشش چندین روغن گیاهی را توصیف کردند. آنها گفتند که خصوصیات ذره سازی و پاشش روغن های گیاهی به سبب گرانروی بالاتر این روغن ها، به طور معنی داری متفاوت از دیزل است. آزمایش های توان موتور نشان داد که راندمان توان به مقدار ناچیزی در اثر استفاده از ترکیبات سوختی روغن گیاهی کاهش یافت. ذغال کک سازی و آلودگی روغن موتور اشکالات دیگری بودند که در استفاده از این سوخت های با پایه ی روغن و دارای گزانروی بالاتر به وجود می آمدند.
پستِس و استانیسلائو ، ترکیبی با روغن گیاهی و سوخت دیزل برابر را برای بررسی رسوب کردن رینگ پیستون به کار بردند. چسبیدن زودرس رینگ پیستون و تجمع تدریجی کربن به سبب استفاده از این ترکیب موجب خرابی موتور شد. بیشترین رسوبات کربن بر روی اولین رینگ پیستون دیده شد. این محققین پیشنهاد کردند که برای کاهش رسوبات رینگ پیستون، به افزودنی های سوخت یا ترکیب سوختی با روغن گیاهی کمتر نیاز است.
نگ و دیگران، اثر استفاده از روغن های گیاهی مختلف را در هندوستان بررسی کردند. آزمایش های عملکرد با استفاده از ترکیب ۵۰-۵۰ روغن دانه ی گیاه هندی آمولیت و دیزل هیچ گونه اتلاف توانی را نشان نداد. همچنین در مدت انجام این آزمایش ها، عملکرد بدون ضربه زدن و بدون رسوب کردن کربن در بخش های اساسی محفظه ی احتراق گزارش شد. اگرچه این دانه ی روغنی به طور تجاری موجود نیست، اما این امید هست که در آینده ای نزدیک به طور گسترده در دسترس باشد. هرچند، آنها از روغن مورد استفاده نامی نبرده اند.
● نتایج
۱) اگر چه تقریبا تمام انواع روغن های گیاهی می توانند به عنوان جایگزین روغن دیزل به کار برده شوند، اما هنوز هم روغن کلزا و روغن خرما مناسب ترین روغن هایی هستند که همراه با سوخت دیزل به کار می روند.
۲) روغنهای گیاهی به تنهایی برای موتورهای کوچک و برای یک دوره ی کوتاه مدت مناسب هستند. برای استفاده ی طولانی مدت و برای موتورهای بزرگ و سنگین، ترکیبی از دیزل و روغن گیاهی توصیه شده است.
۳) این روغن های گیاهی می بایست پس از تصفیه ی مناسب، صمغ زدایی و موم زدایی به کار برده شوند. مقادیر مناسب از مواد شیمیایی دیگر مثل متانول می بایست برای اسیدزدایی و کاهش گرانروی به کار برده شوند.
۴) هنگام استفاده از روغن های گیاهی به جای روغن دیزل، سیستم های پاشش غیر مستقیم به نسبت پاشش مستقیم بسیار موفقیت آمیز بودند.
۵) موتور می بایست ابتدا با دیزل به تنهایی شروع به کار کند. پس از اینکه موتور گرم شد، از ترکیبات روغن گیاهی استفاده می شود.
۶) مراقبت، نظم در نگهداری و تعمیرات دوره ای بیشتر برای موتور مورد نیاز است.
۷) نظر باینکه بیودیزل گازهای آلوده کننده ی کمتری به نسبت دیزل تولید می کند، استفاده از B۱۰۰ در مناطق شهری مناسب تر به نظر می رسد. |
|
مصطفی گچ کوب
۱ - Injector coking
۲ - Transeterfication
۱ - Rodulf Diesel
۱- Biodegradable
۱ -Bruwer
۲ - Walt and Hugo
۳ - Tahir
۴ - Bettis
۱- Carbonization
۲ - International Harvest Company
۳ - Fuls
۴ - German
۵ - John Deere and Case tractors
۶ - Engler
۷ - Yarbrough
۱ـ Goering
۲ - International Harvester Company
۱ - International Harvester Science and Technology Laboratory
۲-Schoedder
۳ -Sims
۱-Cold starting
۲-Worgetter
۳-Wagner and Peterson
۱-McDonnell
۲ -kinematics viscosity
۳ -Engelman
۱-Caterpillar Tractor Co
۲ -McCutchen
۳ -Barsic and Humke
۴ -Braun and Stephenson
۵ -Pennsylvania State University
۱-Sapaun
۲-Mohamed M. EI-Awad
۳-Prateepchaikul and Apichato
۱-Deere and Company
۲-Seddon
۱-Bacon
۲-part-load
۳-Caterpillar
۴-Ryan
۵ -Pestes and Stanislao
۱-Nag
۲ -Amulate |
